(整理)精密工程测量

精密测量一、概述精密工程测量的基础理论与技术及其发展动态1、概述精密工程测量的基础理论精密工程测量是工程测量的分支，是测绘科学在大型工程、高新技术规程和特种工程等精密工程建设中的应用。

数百米高的特大型水电工程，特大跨距的斜拉桥、悬索桥、大型工业和民用建筑群体的纷纷涌现，对传统的工程测量在内容、精度、技术要求、测控技术等方面提出了众多急需解决的问题。

精密工程测量要满足各种复杂大型工程、前沿科学研究中的实验工程、现代工业安装测量、变形监测工程等等应用的需要，确保这些大型工程建设的顺利实施和工程的优质。

精密工程测量的突出特点是“高精度”和“高可靠性”。

I、精密个工程测量是工程测量的现代发展和延伸,它是指绝对测量精度达到毫米或亚毫米级、相对精度达到10-6，以先进的测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行的测量工作。

相比于传统的工程测量，精密工程测量具有如下特点：1、精密工程测量是在测量学的基本理论和方法指导下的测量技术，在信息获取的精度方面有更高的要求；2、精密工程测量需要研制新仪器和专用设备，提高仪器的自动化程度及精度，深入分析工程测量工作中的各种误差并采取有效措施加以克服，研究新的测量技术、实施方案和数据处理方法，形成一套专门为高精度工程测量所需的理论、方法和技术；3、精密工程测量是服务于各种工程中精度要求“特高”、“特难”的那部分工作，服务范围相对较小，但重要性十分显著，起着关键性作用；4、精密工程测量所用的仪器设备必须具有较高的性能，以保证测量结果的精度、可靠性和有效性。

II、精密工程测量实施方案的基本步骤：1、对工程区的环境条件、工程及水文地质、气候的特点进行详细的分析及描述，并分析总结这些条件对测量作业的影响。

要全面完整地掌握该地区已有的测量资料，分析和评定这些资料的精度和利用价值；2、工程区基准的确定，在详细进行精度分析和遵循有关“规范”条款的基础上，兼顾整个工程区建设的需要，提出控制方案和实施方法，以及对精度进行预估等；3、确定出测量中的关键精度所在，并结合自己的经验以及广泛吸收同类工程成功的实例，提出数个实施方案。

实施方案包括采用的仪器、测量的方法、关键技术的解决内容、预期精度的估计，以及不同方案的比较；4、数据处理的方法；5、对方案可行性的论证，工作量及经费的概算。

III、精密工程测量的内容与特点（一）、定义和特点精密工程测量是工程测量的现代发展和延伸，它是指绝对测量精度达到毫米或亚毫米量级、相对测量精度达到10-6，以先进的测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行的测量工作。

相比于传统的工程测量，精密工程测量具有如下特点：(1)精密工程测量是在测量学的基本理论和方法指导下的测量技术，在信息获取的精度方面有更高的要求；(2)精密工程测量需要研制新仪器和专用设备，提高仪器的自动化程度及精度，深入分析工程测量工作中的各种误差并采取有效措施加以克服，研究新的测量技术、实施方案和数据处理方法，形成一套专门为高精度工程测量所需的理论、方法和技术；(3)精密工程测量是服务于各种工程中精度要求"特高"、"特难"的那部分工作，服务范围相对较小，但重要性十分显着，起着关键性的作用；(4)精密工程测量所用的仪器设备必须具有较高的性能，以保证测量成果的精度、可靠性和有效性。

（二）、精密工程测量方案设计一项精密工程测量的方案设计一般包括如下内容：收集各种有关的资料、深刻理解对精度要求的含义、找出关键问题及拟定处理方案、成功经验的吸收和考虑以不同方法进行验证。

精密工程测量方案设计的基本步骤为：(1)对工程区的环境条件、工程及水文地质、气候的特点等进行详细的分析和描述，并分析总结这些条件对测量作业的影响。

要全面完整地掌握该地区已有的测量资料，分析和评价这些资料的精度及利用价值。

(2)确定工程区基准，在详细进行精度分析和遵循有关规范条款的基础上，兼顾整个工程区建设的需要，提出控制方案和施测方法以及对精度进行预估等。

(3)确定出测量中的关键技术所在，并结合自己的经验以及广泛吸收同类工程成功的实例，提出数个实施方案。

实施方案应包括采用的仪器、测量方法、关键技术、预期精度以及不同方案的比较。

(4)拟定数据处理方法。

(5)对方案可行性的论证、工作量和经费的概算等。

(6)精密工程测量的方法和仪器（三）、精密测距在几百米内测距，使用铟瓦基线尺较为方便，用特制的铟瓦基线尺配合显微镜读数及专门的机械装置，可使一尺段的测量误差降低到几微米，相对精度高于10-6。

精密测量几百米至数千米的距离宜用精密的光电测距仪(或全站仪)。

双频激光干涉仪是目前测长仪中精度较高的一种仪器，它能在较差的环境中达到5×10-7左右的测量精度，测程可达几十米，而且自动化程度高，适合于高精度工程测量应用以及测距仪、全站仪的测距精度自动检测。

（四）、精密测角精密角度测量是精密三角测量、精密边角测量、精密导线测量和精密定向测量中的主要环节，通常采用高精度的光学经纬仪、电子经纬仪或全站仪。

例如徕卡TPS2000系列全站仪、TM5100A电子经纬仪等仪器的一测回方向标准偏差达到±0．5″，具有动态角度扫描系统及三轴自动补偿、目标自动识别和动态频率校正等功能。

在精密工程测量中，要获得高精度的角值，除了应使用相应精度的仪器外，还必须注意减弱仪器对中误差、目标偏心误差、照准误差、竖轴倾斜误差及环境条件的影响。

（五）、精密高程测量目前几何水准测量仍是精密高程测量最主要的方法。

液体静力水准测量具有高精度、遥测、自动化、可移动和可持续测量等特点，已成为一种新的工程水准测量的方法。

（六）、精密准直测量准直测量的方法有很多，光学测量方法有小角法、活动标牌法；光电测量方法有激光准直法等；机械法有引张线法等。

（七）、精密垂准测量在数百米高的大厦、电视塔、烟囱等建筑物施工，以及核电站、火箭发射架等一些机械设备的安装中，必须进行高精度垂准测量，垂准精度通常要求达到亚毫米级。

垂准测量是以过基准点的铅垂线为垂直基准线，测定沿垂直基准线的目标点相对于铅垂线的水平距离。

与准直法一样，铅垂线可以用光学法、光电法或机械法产生。

（八）、精密工程测量的应用精密控制网的建立：（1）、直伸形三角网在某些准直性要求较高的工程，如大桥、大坝的横向变形监测、自动化流水线的长轴线或导轨的准直测量等，采用直伸形三角网可以有效地用在各种准直工作中(见图2-9-1)。

（2）、环形控制网通常在高能粒子加速器工程施工中，需要布设环形施工控制网来精确放样贮能环上的磁块等设备，并在运行期间观测其变形。

一般布设成测高、量边环形三角网或量边环形四边形网。

（3）、三维工程控制网在高山地区或很深的河谷地带，地形引起的垂线偏差差别可能相当显着。

而水平距离、高差、水平方向和竖直角都与测站上的垂线方向有关。

由于垂线偏差不精确或被略去，使得它的影响远远大于测角、测距误差的影响。

为此，在这种地区布设高精度的工程控制网时，把实测成果按三维网处理可以有效解决这个问题。

（九）、工业设备形位检测（1）与一般的测量工作相比，工业设备形位检测具有以下点：①要求的测量精度高；②往往受到现场条件的限制；③有时受到工作时间的限制；④更多地需要专用的仪器设备。

（2）、工业设备形位检测方法常用的工业设备形位检测方法有如下4类：①电子经纬仪(或全站仪)基于前方交会的测量方法；②全站仪(或激光跟踪仪)基于极坐标的三维坐标测量法；③近景摄影测量方法；④激光准直测量方法2、概述精密工程测量发展动态现代工程测量已经远远突破为工程建设服务的狭窄概念，向“广义工程测量学”发展。

苏黎世高等工业大学马西斯教授指出：“一切不属于地球测量，不属于国家地图集的陆地测量，和不属于法定测量的应用测量都属于工程测量”。

工程测量的发展可概括为“四化”和“十六字”，所谓“四化”是：工程测量内外业作业的一体化，数据获取及其处理的自动化，测量过程控制和系统行为的智能化，测量成果和产品的数字化。

“十六字”是：连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。

精密工程测量、工程测量仪器、工程度形变监测分析与灾害预报和工程信息系统是现代工程测量的四个主要方向。

随着技术的发展，其中精密工程测量又是最具活力的，对工程测量最具影响力的部分，而且精密工程测量代表着工程测量的发展方向，所以研究精密工程测量对于工程测量的发展有着举足轻重点意义1、精密工程测量的含义1.1、精密工程测量的定义工程测量是指工程建设和自然资源开发各阶段进行的控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测等技术。

精密工程测量是工程测量的现代发展和延伸，它以绝对测量精度达到毫米量级，相对测量精度达到1×10-5，以先进的测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行的测量工作。

1.2 精密工程测量的分类精密工程测量包括各种大型特种工程测量，变形观测、三维工业测量，大型设备的安装、监测和质量控制测量、在军事领域的应用等。

精密工程测量按工程需要的精度可以分为：普通精密工程测量和特种精密工程测量。

1.3、精密工程测量的特点精密工程测量的主要特点是：作业精度依工程需要而定，并且精度要求非常高；作业环境特殊；仪器设备要求高，在特殊情况下，需要自造仪器；数据处理要求严格等。

在控制网布设的时候，不具备象一般工程测量上级网控制下级网的特点，在控制点选取上，精密工程测量仅仅选取一个控制点和一个参考方向，以保证测区点的精度。

2、精密工程测量的理论和方法因为精密工程测量对数据结果的精度要求和可靠性要求越来越高，所以对精密工程测量的理论也急需完善。

2.1、测量平差理论最小二乘法广泛应用于测量平差，最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。

附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。

测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。

由于变形监测网参考点稳定性检验的需要，导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。

观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。

针对观测值存在粗差的客观实际，出现了稳健估计（或称抗差估计）；针对法方程系数阵存在病态的可能，发展了有偏估计。

与最小二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。

巴尔达的数据探测法对观测值中只存在一个粗差时有效，稳健估计法具有抵抗多个粗差影响的优点。

建立改正数向量与观测值真误差向量之间的函数关系，可对多个粗差同时进行定位和定值，这种方法已在通用平差软件包中得到算法实现和应用。

鲍峰等用Px平差方法解决了不锈钢冷轧生产线的滚筒位置检验校正的数据处理问题。